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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Presse für die Herstellung von Formlingen
aus pulverförmiger
Masse,
mit einer Oberstempelhalterung, die an einem durch Hubstangen
gehaltenen Querteil angeordnet ist,
insbesondere mit einem
den Oberstempel über
die Hubstangen und das Querteil bewegenden Exzenter-Kurbeltrieb.
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Der
Hub-Zeit-Verlauf solcher Pressen folgt bei dem üblichen gleichmäßigen Drehantrieb
an sich einer, durch die Schrägstellungen
der Pleuel des Exzenter-Kurbeltriebes leicht abgewandelten, Sinuskurve.
Von dieser Kurbeltriebfunktion entstehen jedoch Abweichungen durch
die elastische Dehnung der Stangen und der Pleuel wie auch elastische
Verformungen anderer Teile. Bewegungen in Lagerspielen usw. lassen
sich durch Vorspannung ausscheiden.
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Die
Betreiber der Pressen gehen bei der Planung der Anwendungen und
der Konstruktion der Presswerkzeuge von der Kurbeltriebfunktion
aus und berücksichtigen
ggf. den Fehler in der Weise, dass sie den Oberstempel um die vorher
gemessene Dehnungslänge
tiefer stellen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen möglichst genauen Ausgleich der
elastischen Dehnung der Presse zu ermöglichen.
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Gemäß der Erfindung
ist zu diesem Zweck bei einer Presse der eingangs genannten Art
vorgesehen, dass das Querteil einen die elastische Dehnung der Presse
beim Presshub mindestens teilweise ausgleichenden Stelltrieb für den Oberstempel aufweist.
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Der
Stelltrieb für
die Ausgleichsbewegung des Oberstempels braucht in der Regel nur
im Bereich bis zu 3 mm zu arbeiten und kann zeitnah zu der Hubbewegung
der Presse gesteuert werden. Es kann im wesentlichen die genaue,
unverfälschte
Kurbeltriebfunktion eingestellt werden. Es ist aber auch eine ggf.
gewünschte Änderung
der Kurbeltriebfunktion durch Überkompensation
oder Unterkompensation der Dehnung, auch stellenweise, möglich, z.B. eine
Verbreiterung der Kurve am Extrempunkt oder eine zeitliche Verschiebung
des Extrempunktes.
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Vorzugsweise
ist der Stelltrieb ausgehend von der jeweiligen tatsächlichen
Dehnung der Presse gesteuert.
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Der
Ausgleich ist dann im Gegensatz zu dem erwähnten Stand der Technik genau
der tatsächlichen
Dehnung angepasst, die infolge von Schwankungen der Befüllung des
Werkzeugs schwankt. Die Maßhaltigkeit
der Formlinge wird dadurch besser.
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Darüber hinaus
ist der Ausgleich schon in jedem Zeitpunkt während des Presshubs vorhanden, während er
bei der festen Tieferstellung des Oberstempels nach dem Stand der
Technik, richtige Füllmenge
vorausgesetzt, erst am Ende erreicht wird und vorher auf dem gesamten
Hubweg eine Überkompensation
vorliegt. Diese Überkompensation
stört bei unterteilten
Unterstempelebenen das kalkulierte Zusammenspiel des Oberstempels
oder der Oberstempel mit den Unterstempeln und die vorgesehenen
Relativbewegungen der Stempel in der Matrize. Es besteht die Gefahr
der Haarrissbildung in dem Formling. Mit dem vorgesehenen Ausgleich
sind dagegen die Bewegungen des entstehenden Formlings fehlerfrei
kalkulierbar.
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Insoweit
könnte
eine wesentliche Verbesserung auch schon mit einem festen Steuerprogrammfür den Stelltrieb
erzielt werden, das die Dehnung, wenn auch nicht individuell genau,
fortschreitend während
des Presshubs ausgleicht.
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Nach
einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der
Stelltrieb von einem in der Achse der Oberstempelhalterung angeordneten Kraftmesser
in Verbindung mit der in einer Steuereinheit gespeicherten Kraft-Dehnungs-Funktion
mindestens der Hubstangen, vorzugsweise der Presse im Ganzen, gesteuert,
so dass ein Regelkreis gebildet ist.
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Diese
indirekte Erfassung der Dehnung ist besonders einfach, genau und
problemlos und erfordert keinen Mehraufwand, da man normalerweise ohnehin
in den Oberstempel eine Kraftmessdose o.ä. einbaut.
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Bei
der Herstellung der Presse braucht nur einmal die elastische Dehnung
der, insoweit fertiggestellten, Presse bei einer, vorzugsweise hohen, Presskraft
gemessen zu werden und die daraus sich ergebende Kraft-Dehnungs-Funktion
in der Steuereinheit gespeichert zu werden.
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Eine
andere Möglichkeit
bestünde
darin, die Dehnung mittels eines inkrementierten oder absoluten
Lineals o. dgl. festzustellen. Unmittelbar könnte das Lineal den Hub an
dem Querteil oder der Traverse verfolgen und an die Steuereinheit übermitteln,
in die durch einen Winkelkodierer auch die Stellung der Exzenterwelle
ständig
eingegeben wird, so dass der theoretische Hub verfügbar ist
und der gemessene Wert mit ihm verglichen werden kann.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der
Stelltrieb ein hydraulischer.
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Auch
in dieser Beziehung bedeutet die Verwirklichung der Erfindung oftmals
keinen Mehraufwand: Der Kolbenzylinder kann zugleich zur Grundeinstellung
des Oberstempels in Bezug auf das Presswerkzeug dienen, und zu diesem
Zweck ist ein Kolbenzylinder vielfach ohnehin vorgesehen.
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Zum
Zweck der Erfindung erhält
der Kolbenzylinder dann nur ein anderes Ventil für seine Beschickung mit der
Druckflüssigkeit,
zweckmäßigerweise ein
Servoventil.
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Es
wäre aber
auch denkbar, die nach der Erfindung vorgesehene Verstellung motorisch
durchzuführen
mittels eines Schrittmotors, Servomotors, Hydraulikmotors o.a.
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Die
Zeichnungen geben ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung wieder.
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1 zeigt eine Presse zur
Herstellung von Formlingen aus einem pulverförmigen Werkstoff teils in Seitenansicht,
teils in senkrechtem Schnitt,
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2 zeigt schematisch die
Steuerung eines Teils der Presse und
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3 zeigt ein Weg(Hub)-Zeit(Drehwinkel)-Diagramm.
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Eine
Presse 1 weist als Basisteil ein Gussgehäuse 2 auf,
das an drei Seiten weitgehend offen ist. Der Schnitt gemäß 1 ist durch zwei Zwischenwände 3 des
Gussgehäuses 2 geführt; eine
Rückwand 4 erscheint
in Ansicht.
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In
den Zwischenwänden 3 ist
in Lagern 5 eine Exzenterwelle 6 drehbar gelagert.
Sie ist mit einem Schneckenrad 7 versehen. In das Schneckenrad 7 greift
eine Antriebsschnecke 8, die durch die Rückwand 4 hindurch
aus dem Gussgehäuse 2 herausführt und
an der Rückseite
des Gussgehäuses 2 mit
einem Schwungrad versehen und durch einen Elektromotor angetrieben
ist.
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Zwei
exzentrische Achsstutzen 9 an den Enden der Exzenterwelle 6 sind
durch in Lagern 10 auf ihnen angeordnete Pleuel 11 mit
vier Hubstangen 12 verbunden; sie sind in kurzen Querbalken 13 U-förmigen Querschnitts,
von denen aus sich je zwei Hubstangen 12 nach oben erstrecken,
bei 14 angelenkt.
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Die
Hubstangen 12 sind in starr auf dem Gussgehäuse 2 befestigten
Wangen 15 geführt,
die jeweils zwei entsprechende Bohrungen aufweisen. An ihren oberen
Enden sind sie durch ein Querteil 16 verbunden. Die jeweilige
Verbindung mit dem, wiederum als ein Gussgehäuse ausgeführten, Querteil 16 ist
bei 17 dargestellt.
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Auf
ihren aus den Wangen 15 herausragenden oberen Abschnitten
sind die Hubstangen 12 von Faltenbälgen 18 umschlossen.
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Zur
Verschiebung eines Werkzeugteils ist in das Gussgehäuse 2 eine
Zylindereinheit 19 mit einem Kolben 22 eingesetzt.
An dessen Kolbenstange 20 ist zug- und druckfest eine Traverse 21 für die Anbringung
eines Adapters angebracht. Die Ausdehnung der Traverse 21 ist
senkrecht zur Zeichenebene größer als
in dem Schnitt.
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Gegenläufig dazu
ist in dem Querteil 16 eine Zylindereinheit 23 mit
einem Kolben 24 für
die Grundeinstellung eines Oberstempels und den Dehnungsausgleich
der Presse angeordnet. Die Kolbenstange 25 des Kolbens 24 trägt unter
Zwischenanordnung einer Kraftmessdose 26 ebenfalls eine
Traverse 27 für
die Anbringung des Adaptors.
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Mittels
des, mit 28 bezeichneten, Adaptors ist das Presswerkzeug
in die Presse eingesetzt.
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Der
Adaptor 28 ist an den Traversen 21 und 27 jeweils
durch in Nuten entsprechenden Querschnitts greifende H-Schienen 29 befestigt
und im übrigen
mit einer unbewegt bleibenden Unterstempelplatte 30 an
dem festen Pressengestell angebracht. Die Unterstempelplatte 30 ist
mit Hilfe von Klammern 31 auf zwei neben den Wangen 15 auf dem
Gussgehäuse 2 angebrachten
Böcken 32 aus Vollmaterial
befestigt.
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Unmittelbar
mit der unteren Traverse 21 verbunden ist über zwei
Balken 33 eine Brücke 34,
auf der vier die Unterstempelplatte 30 in entsprechenden Bohrungen längsverschieblich
durchsetzende Stangen 35 angebracht sind, die eine Matrizenhalterung 36 tragen.
Von der Matrizenhalterung 36 erstrecken sich wiederum vier
Führungsstangen 37 nach
oben, die eine Oberstempelplatte 38 in entsprechenden Gleitlagern 39 längsverschieblich
durchsetzen.
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Die
bereits erwähnte
Verbindung des Adaptors mit der oberen Traverse 27 ist
an der Oberstempelplatte 38 vorgenommen.
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Das
Presswerkzeug besteht im vorliegenden Falle aus einer Matrize 40,
einem von unten in die Matrize 40 ragenden Unterstempel 41 und
einem von oben in die Matrize 40 eindringenden Oberstempel 42.
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Die
Matrize 40 hat einen Sitz in der Matrizenhalterung 36 und
ist an dieser durch einen Kranz von Schrauben 43 befestigt.
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Der
Unterstempel 41 ist auf der Unterstempelplatte 30 und
somit unbeweglich angeordnet.
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Der
Oberstempel 42 sitzt an der Oberstempelplatte 38.
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Der
Formling wird in der Matrize 40 aus der in die diese eingefüllten pulverförmigen Masse
zwischen dem feststehenden Unterstempel 41 und dem durch
den Exzentertrieb 6 bis 11 über die Querbalken 13,
die Hubstangen 12, das Querteil 16 und die Einrichtungen 23 bis 27 bewegten
Oberstempel 42 gepresst. Die Oberstempelplatte 38 bewegt
sich dabei auf den Führungsstangen 37 nach
unten.
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Bei
der Pressung kann durch ein leichtes Absenken der Matrize 40 mittels
der Zylindereinheit 19 auch der Unterstempel 41 relativ
zu der Matrize 40 bewegt werden.
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Durch
vollständiges
Absenken der Matrize 40 gegenüber dem Unterstempel 41 wird
der fertige Formling ausgestoßen.
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Der
Weg-Zeit-Verlauf des Oberstempels beim Hub ist in 3 als Hub-Drehwinkel-Diagramm dargestellt. (Die Drehung ist
im vorliegenden Beispiel gleichmäßig.)
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Auf
den beiden Kurvenästen
bis etwa 150° und
ab etwa 205° stimmen
der theoretische Hubweg und der tatsächliche Hubweg überein.
In dem Bereich a dazwischen unterscheiden sich der theoretische
und der tatsächliche
Kurvenverlauf. Der Kurvenabschnitt b stellt den theoretischen Verlauf
dar, der Kurvenabschnitt c den, wenn keine Maßnahmen dagegen getroffen werden,
tatsächlichen
Verlauf. Die Differenz d am Extrempunkt beträgt in dem Beispiel 1 mm.
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Die
Differenz in der Stellung des Oberkolbens ist darüber verdeutlicht.
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Die
Differenz kommt zustande hauptsächlich durch
elastische Dehnung der Hubstangen 12, in geringem Maße aber
ferner durch Dehnung und Biegung der Querbalken 13, Dehnung
der Pleuel 11 und andererseits Pressung der Lager 5 und 10,
ganz geringfügig
auch Stauchung der Zwischenwände 3 und der
Böcke 32 sowie
Biegung der Unterstempelplatte 30 und Stauchung des Unterstempels,
schließlich Stauchung
des Oberstempels und der auf dessen Achse liegenden weiteren Teile.
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Die
Differenz d wird erfindungsgemäß ausgeglichen
durch die in 2 dargestellte
hydraulische Steuerung der Zylindereinheit 23 und elektrische
Steuerung der Ventile der hydraulischen Steuerung.
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Aus
der hydraulischen Steuerung seien nur ausdrücklich die Steuerungsorgane
erwähnt:
Hauptsteuerventil 44, elektrischer Überdruckschalter 47, zusätzliches
mechanisches Überdruckventil 48 und im übrigen Pumpe 49 und
Tank 50. P und T bedeuten wie üblich Pumpenanschluss bzw.
Tankanschluss (= Rücklaufanschluss),
A und B Verbraucheranschlüsse,
d.h. Anschlüsse
der beiden Zylinderkammern. Im übrigen
ist der Aufbau durch die üblichen
Symbole verdeutlicht. Die Funktion ergibt sich daraus.
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Die
elektrische Steuerung besteht aus einer zentralen Steuereinheit 51,
der Kraftmessdose 26, einem Winkelkodierer 52, der in dem
Gussgehäuse 2 neben
der Exzenterwelle 6 angeordnet ist und deren Stellung erfasst,
sowie einer Wegmesseinrichtung 53 für den Kolben 24. Die
Wegmesseinrichtung 53 besteht aus einem inkrementierten
oder absoluten Lineal 54, auf das ein an einer zweiten
Kolbenstange 55 des Kolbens 24 angebrachter, bei 56 angedeuteter Stellungsanzeiger
wirkt. Statt des Lineals 54 käme auch ein von der Kolbenstange 55 über eine
Zahnstange betätigter
Winkelcodierer in Betracht.
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Weitere
vorhandene Steuerverbindungen sind nicht dargestellt, wie die Steuerung
der Zylindereinheit 19 in Abhängigkeit von der Winkelstellung
der Exzenterwelle.
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Der
Dehnungsausgleich vollzieht sich wie folgt:
Bei der Inbetriebnahme
der Presse ist einmal die Dehnung der Presse zwischen der Traverse 27 und der
Oberseite des Gussgehäuses 2 oder
der Böcke 32 bei
Maximalkraft gemessen worden. Die daraus sich ergebende Kraft-Dehnungs-Funktion
ist in der Steuereinheit 51 gespeichert worden.
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Im
Betrieb der Presse wird die von der Kraftmessdose 26 festgestellte
Presskraft in die Steuereinheit 51 übermittelt und dort mit der
gespeicherten Kraft-Dehnungs-Funktion verglichen. Entsprechend der
daraus sich ergebenden Dehnung wird nahezu zeitgleich durch Betätigung des
Hauptsteuerventils 44 der Kolben 24 um das Ausmaß der Dehnung
vorgeschoben. Der Vorschub wird von der Wegmesseinrichtung 53 erfasst
und in der Steuereinheit 51 zur Betätigung des Hauptsteuerventils 44 verarbeitet.
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Beim
Rückhub
wird durch umgekehrte Betätigung
des Hauptsteuerventils 44 der Kolben 24 rückgestellt.
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Der
Kurvenverlauf c in 3 wird
nahezu in den theoretischen Kurvenverlauf b verändert.
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Nicht
berücksichtigt
sind Verformungen im Werkzeug. Auch diese könnte man aber durch eine entsprechende
Dehnungsmessung einbeziehen.
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Bei
dem Beispiel einer Hundert-t-Presse mit Durchmesser 250 × 30 mm
des Kolbens 24 und einer maximalen Dehnung von 1 mm wird
als das Hauptsteuerventil 44 beispielsweise ein Servoventil,
ggf. auch nur ein Proporfionalventil, mit einer Durchflussmenge
von 40 l/min eingesetzt. Die Zykluszeit der elektrischen Steuerung
beträgt
beispielsweise 0,5 ms, die Reaktionszeit des Servoventils 12,0 ms.
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Für 1 mm Dehnungsausgleich
werden somit 0,0725 sec benötigt.
Bei einer Anwendung mit einem Gesamtpressbereich von 55°, d.h. 27,5° baut sich
die Dehnung in einer Zeit von 0,229 sec auf.
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Der
sofort einsetzende Ausgleich erfolgt damit um so viel schneller
als der Aufbau der Dehnung, dass sich nur eine ganz geringfügige Verzögerung ergibt.
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Der
Pumpendruck beträgt
im vorliegenden Beispiel 220 bar.